电驱动系列：四十二、正弦脉冲宽度调制先容（SPWM）

42.1 界说

调制（modulation）：泉源于信息传输武艺，对信号源的信息举行处理加到载波上，使其变为合适于信道传输的情势的历程称为调制。主要有以下调制武艺：

图42.1 调制的分类

PWM即为模仿调制武艺的一种，是Pulse Width Modulation的缩写，即脉冲宽度调制，简称脉宽调制。

调制历程中寻常有三个信号：调制波、 载波、输入波，三者的干系为：调制波+载波=输入波；

在采样控制实际中有如此一个实际：冲量相称而外形不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其后果（输入的呼应波形）基本相反。假定脉冲信号为f(t)，则冲量指的是f(t)dt，即图42.2中绿色地区的面积S。

图42.2 冲量（面积S）相称但外形不同的三个窄脉冲信号

电机的绕组在电路中充任电感的作用，而电感在通交换电时具有“惯性”的特点，因此可以用一系列等幅不等宽的脉冲来代替正弦波，这种办法称为SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation），即正弦脉宽调制；

SPWM的控制目标：使输入的电流或电压尽力接近正弦波，从而给电机供电。

图42.3 正弦波的等效

图42.3中取了正弦波的一半，将正弦半波沿t轴N平分，可以取得N个面积（冲量），这N个面积等宽不等幅；直流电的特点为等幅，因此我们使用N个等幅不等宽、中点重合、面积相称、宽度按正弦纪律厘革的N个矩形脉冲来代替，其后果与正弦半波相似。正弦波的负半段相似。若要改动等效输入正弦波的幅值，依照同一比例改动各矩形脉冲宽度即可。

42.2 SPWM的完成办法及历程

完成办法：以等腰三角形载波和参考正弦波的相交干系，可以产生SPWM调制波。

完成历程：每个矩形脉冲开头至完毕即为开关元件导通时间，由各个桥臂的控制电路发送on，其他时间为低电平0，发送off；由on/off的时间宽度来控制导通及关闭时间；

PWM这一控制信号的产生接纳三角波比力法来完成（见图42.5），但是现办法如下：使用三个互差120°的调制波与三角载波举行比力，当正弦波的电平高于三角载波时，发送on信号，低于三角载波则发送off。

必要指出的是，在模仿电路年代使用上述办法取得SPWM波，由于软硬件武艺的提高，现在使用空间矢量法控制较多。

图42.3 逆变器内里原理图

图42.4 SPWM的控制逻辑

图42.5 SPWM波的产活力理

42.3 死区效应

由于同一相上下桥臂上开关器件不克不及同时导通，不然会产生短路；而每一个IGBT从停止形态到饱和导通形态，又从饱和导通形态到停止形态都必要时间，在瓜代导通历程中，假如原本导通的IGBT尚未完全停止，而另一个IGBT开头导通，此时上下桥臂会显现短路征象，因此必要在一个IGBT的停止指令和另一个IGBT的导通指令之间必需留有死区时间，且死区时间必需大于关断时间，如此可以制止短路的产生。

使用上下错位的双层三角波，若使用表层三角波产生的脉冲去控制上桥臂，则使用下属三角波产生的脉冲波控制下桥臂，即可取得必要的死区时间，若调治两三角波上下错位的水平，则可以自在调停死区时间。

图42.6 死区时间表现图

42.4 SPWM中的几个紧张看法

占空比：指脉冲信号的通电时间与通电周期之比。在一串抱负的脉冲周期序列中(如方波)，正脉冲的持续时间与脉冲总周期的比值，占空比是一个瞬时周期看法。

图42.7 过调制

42.5 电机转矩及转速的调治

在电机的SPWM控制中，脉冲的面积（占空比）是权衡电机转矩的一个紧张目标，下图中是在相反的频率下，不同转矩的情况（可以经过调治调制比来完成）：

图42.8 电机转矩的控制

频率调制：经过改动正弦调制波的频率fs，完成供电电压或电流频率的调治，也可以改动电机的转速。

因此SPWM即可以调治电机的扭矩，又可以完成转速的调治。